剪文灝，李淑春，陳 波，苑麗麗，楊新兵

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定071000；2.河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450）

枯落物層由林分凋落的莖、葉、枝條、芽、鱗片、花、果實(shí)、樹皮等的凋落物及動(dòng)物殘?bào)w組成，它是森林結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，是森林水文效應(yīng)的第二活動(dòng)層［1］。森林枯落物處于林分植物層與土壤層之間，成分以枯枝落葉為主，包括葉、枝、皮、花、果、種子等，是森林生態(tài)系統(tǒng)中植物地上部分器官或組織枯死、脫落后堆積而成。森林枯落物層是森林涵養(yǎng)水源作用的主要作用層?？萋湮锊粌H對森林土壤的發(fā)育和改良有重要意義，而且其結(jié)構(gòu)疏松，具有良好的透水性和持水能力，增大了地表粗糙程度，在降水過程中起著緩沖的作用，使降水通過枯落物緩慢滲透到土壤中，變地表徑流為地下徑流，減少表層土壤的流失。

國內(nèi)外許多學(xué)者對不同區(qū)域內(nèi)、不同類型森林植被下的枯落物特性進(jìn)行了大量研究，而且在枯落物的凋落量、凋落動(dòng)態(tài)、分解速率、截持降水、影響地表徑流和土壤侵蝕機(jī)理等方面都取得了一定成果；美國著名森林水文學(xué)家Lee等認(rèn)為，枯落物對降雨的截留量取決于枯落物的蓄水容量［2］；國內(nèi)學(xué)者還對枯落物凋落動(dòng)態(tài)及其森林水文過程進(jìn)行了模擬研究，劉向東等認(rèn)為油松枯落物截留降雨量與降雨量的關(guān)系符合冪函數(shù)關(guān)系［3］；蘇寧虎提出林地一年內(nèi)不同時(shí)期凋落量及凋落速率數(shù)學(xué)模型［4］；當(dāng)前研究多為枯落物自身水文特性的報(bào)道［5］；余新曉等研究了貢嘎山東坡峨眉冷杉林地被物的分布及其水文效應(yīng)［6］。本文對承德圍場縣北溝林場落葉松樺樹混交林、山楊樺樹混交林和油松蒙古櫟闊交林3種林林下枯落物儲量及其持水性能進(jìn)行定量研究，以期為該區(qū)域保持水土、涵養(yǎng)水源提供理論依據(jù)，進(jìn)一步探索適合該區(qū)域森林植被的建設(shè)模式。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于木蘭圍場自然保護(hù)區(qū)，地處內(nèi)蒙古高原和冀北山地（從華北平原向內(nèi)蒙古高原過渡的由山地和山間盆地組合而成的區(qū)域）的匯接地帶，位于陰山山脈、大興安嶺山脈的尾部向西南延伸和燕山山脈余脈的結(jié)合部，北面是御道口牧場、棋盤山鎮(zhèn)，東面是灤河的支流伊遜河，南面臨近廟宮水庫，西面是卡倫后溝牧場和郭家屯鎮(zhèn)，總面積50 637.4 hm2。地理坐標(biāo)為北緯41°47′－42°06′，東經(jīng)116°51′－117°45′，年均降水量380～560 mm，年平均氣溫－1.4～4.7℃，屬于中溫帶向寒溫帶過渡、半干旱向半濕潤過渡的大陸性季風(fēng)型高原山地氣候，海拔高度為750～1 829 m，森林覆蓋率76.1%。

2 研究方法

未分解枯落物系指基本上保持其原有形狀及質(zhì)地的枯枝落葉；半分解枯落物系指只有部分植物組織殘片尚保持其原來形態(tài)的枯枝落葉；而枯落物的分解層指枯落物完全分解腐爛，呈連片、污黑的有機(jī)物質(zhì)，看不出殘?bào)w的植物枯落物痕跡［7］。設(shè)置3塊公頃級固定標(biāo)準(zhǔn)地，試驗(yàn)樣地類型分別為落葉松樺木混交林、山楊樺木混交林和油松蒙古櫟混交林，樣地基本概況見表1。

設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)樣方為20 m×20 m樣方進(jìn)行調(diào)查，枯落物搜集面積為1 m2。在各典型林分類型標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，分別測定枯落物層總厚度、未分解層厚度、半分解層厚度，并分層取樣稱鮮重，將收取的不同分解層枯落物帶回實(shí)驗(yàn)室用烘箱烘干（采用溫度70℃恒溫烘6 h）稱其干重，以干重計(jì)算積蓄量，每個(gè)林分類型重復(fù)3次。用室內(nèi)浸泡法測定林下枯落物的持水量和吸水速率。將烘干的枯落物浸入水中后，分別稱其在0.5，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，24 h的吸水量，測定枯落物層的持水量、吸水速度和吸水過程。每次取出稱重后所得的枯落物濕重與其烘干重差值，即為枯落物浸水不同時(shí)間的持水量，該值與浸水時(shí)間的比值即為枯落物的吸水率。

表1 樣地基本情況

3 結(jié)果與分析

3.1 枯落物儲量分析

林分的樹種組成不同，林分的生長狀況、林地內(nèi)的水熱條件等都有所不同，而這些因素將影響到枯落物的輸入量、分解速度，從而影響到林內(nèi)枯落物的蓄積量［8］。森林枯落物層持水能力的大小，取決于其本身的數(shù)量和性質(zhì)，因而不同林分類型枯落物的蓄積量在評價(jià)森林水文功能時(shí)具有相當(dāng)重要的地位。由表2可知，3種林分類型下枯落物儲量有一定差別，油松蒙古櫟混交林儲量最大，為64.28 t／hm2，因其油松針葉不易分解，分解速度較慢。其次為落葉松樺樹混交林，儲量為39.49 t／hm2；最小的是山楊樺樹混交林，儲量為35.80 t／hm2，這是因?yàn)殚熑~林的調(diào)落物分解較快，這一差別主要是由于針闊葉樹種組成不同所致。

分析3種林分枯落物未分解層、半分解層儲量可以看出，各層次儲量所占比例不同，半分解層的儲量均大于未分解層儲量。未分解層山楊樺樹混交林占總蓄積量的比例最大，為23.21%，油松蒙古櫟混交林所占比例較小，為17.22%；在半分解層則是油松蒙古櫟混交林最大而山楊樺樹混交林最小。這可能是由于闊葉樹落葉分解較快，而針葉樹落葉難以分解的緣故。

表2 不同森林類型枯落物的儲量和厚度

3.2 枯落物水文效應(yīng)

3.2.1 枯落物最大持水量 3種林分枯落物的最大持水量有不同（表3），油松蒙古櫟混交林的最大持水量最大，為155.31 t／hm2，相當(dāng)于15.38 mm的水深；山楊樺樹混交林居中，為105.62 t／hm2；落葉松樺樹混交林的最大持水量最小，為88.17 t／hm2?？萋湮锏淖畲蟪炙实淖兓秶鸀?40～354%，依次為：山楊樺樹混交林＞落葉松樺樹混交林＞油松蒙古櫟混交林，與最大持水量的變化規(guī)律不完全一致，這是因?yàn)椴煌址挚萋湮镒畲蟪炙实牟町愂芰址诸愋?、林齡、枯落物分解狀況、累積狀況、前期水分狀況和降水特點(diǎn)等多種因素的影響。由于枯落物的分解程度影響枯落物層的持水能力，分解程度越高，半分解層枯落物量越大，枯落物層的持水能力越高，所以闊葉樹枯落物的持水能力普遍高于針葉樹［9］。

3.2.2 枯落物持水過程 枯落物持水量與浸泡時(shí)間具有一定的相關(guān)關(guān)系，由圖1，2可知，在最初浸泡的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，枯落物持水量迅速增加，而后隨著浸泡時(shí)間的延長呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，且增加速度逐步放緩。這一趨勢與枯落物攔蓄地表徑流規(guī)律相似，即降雨初期，枯落物攔蓄地表徑流功能較強(qiáng)，此后隨枯落物濕潤程度的增加，吸持能力降低［9］。此外，半分解層（圖1）枯落物持水量在浸泡8 h時(shí)已基本達(dá)到飽和，而未分解層（圖2）持水量估計(jì)浸泡要超過8 h基本達(dá)到飽和，說明3種林分枯落物未分解層持水能力均高于半分解層。

表3 不同林分枯落物最大持水量和最大持水率

圖1 半分解層不同林分枯落物持水過程及持水量與浸泡時(shí)間關(guān)系

圖2 未分解層不同林分枯落物持水過程及持水量與浸泡時(shí)間關(guān)系

對0.5～24 h之間4種林分枯落物各層持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得出該時(shí)間段內(nèi)持水量與浸泡時(shí)間之間存在如下關(guān)系（圖1－2）：

式中：Q——枯落物持水量 （g／kg）；t——浸泡時(shí)間（h）；a——方程系數(shù)；b——方程常數(shù)項(xiàng)。

3種林分枯落物的吸水速率表現(xiàn)出一定的規(guī)律性?？萋湮镌谇鞍胄r(shí)內(nèi)吸水速率最大，之后急劇下降，4 h左右時(shí)下降速度明顯減緩。雖然不同林分枯落物在浸入水中剛開始時(shí)吸水速率相差較大，但隨浸泡時(shí)間延長，枯落物吸水速率趨向一致。這主要是因?yàn)殡S著浸泡時(shí)間增長，枯落物持水量接近其最大持水量，也就是說地被物逐漸趨于飽和，其持水量增長速度隨之減緩所致［10］。

3.2.3 枯落物有效攔蓄量 3種林分類型不同層次枯落物的攔蓄能力不同（表4）。從有效攔蓄率看，半分解層和未分解層變化規(guī)律不盡相同，但都是山楊樺樹混交林有效持水率最大。有效攔蓄量排序?yàn)椋河退擅晒艡祷旖涣郑?28.15 t／hm2）＞山楊樺樹混交林（82.27 t／hm2）＞落葉松樺樹混交林（69.22 t／hm2）。從各層有效持水量和有效攔蓄量來看，半分解層均大于未分解層?？偟挠行С炙坑退擅晒艡祷旖涣譃樽畲?32.01 t／hm2，落葉松樺樹混交林最小74.9 t／hm2，變化趨勢和最大持水量變化一致。

表4 不同林分枯落物有效攔蓄能力

4 結(jié)論

（1）冀北山區(qū)3種林分的枯落物的儲量為39.49～63.28 t／hm2，油松蒙古櫟混交林儲量最大，落葉松樺樹混交林儲量居中間，山楊樺木混交林儲量最小。

（2）枯落物最大持水率的變化范圍為240～354%，依次為：山楊樺樹混交林＞落葉松樺樹混交林＞油松蒙古櫟混交林；枯落物有效攔蓄量油松蒙古櫟混交林＞山楊樺樹混交林＞落葉松樺樹混交林。

（3）基于上述研究分析，不同類型林地枯落物持水性能，因林分類型、枯落物構(gòu)成及其儲量大小不同而異。油松蒙古櫟林有效持水量最大，因此在該區(qū)域植被恢復(fù)和生態(tài)建設(shè)中推廣油松蒙古櫟林，以穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)，達(dá)到水土保持林的優(yōu)化配置，提高森林植被涵養(yǎng)水源、保持水土功能是可行的。

本文只是對研究區(qū)林下枯落物儲量和持水量等進(jìn)行了探討。不同森林類型林下枯落物的累計(jì)及分解速率、不同枯落物在水文過程中的作用、枯落物的清除與否對林地森林水文過程的影響、不同樹種形態(tài)的枯落物抵抗濺蝕能力等方面有待于今后進(jìn)一步研究。

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